7. Защита от перенапряжений и грозозащита
Содержание
7.1 Повышение надежности защиты от перенапряжений систем электроснабжения нефтяной промышленности в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов
7.2 Диагностика средств защиты от перенапряжений электроэнергетических объектов приборами инфракрасной техники
7.3 Защита от перенапряжений в типовых схемах использования кабелей с газовой изоляцией
7.4 Исследование перенапряжений и разработка системы защиты от них в сетях среднего и высокого классов напряжения металлургических заводов и комбинатов
7.5 Исследование высокочастотных перенапряжений в измерительных трансформаторах тока
1.7.1 Повышение надежности защиты от перенапряжений систем электроснабжения нефтяной промышленности в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов
Цель работы:
разработка научных методов повышения надежности защит от перенапряжения электрооборудования систем электроснабжения нефтяной промышленности путем обеспечения электромагнитной совместимости электрооборудования в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов.
В работе требуется решить следующие задачи:
Исследование распространения волн атмосферных перенапряжений при электромагнитных взаимодействиях коронирующей воздушной линии (ВЛ) с землей, имеющей слои вечной мерзлоты.
• Разработка методики анализа волновых электромагнитных процессов и грозозащиты подстанций с протяженными заземлителями.
• Исследование электромагнитных процессов в заземлителях электроустановок в условиях ВУСГ.
• Разработка технических решений, рекомендаций и мероприятий по защите от перенапряжений электрооборудования СЭС НП в условиях ВУСГ с помощью нетрадиционных устройств, таких, как подвесные ограничители перенапряжений (ПОПН), нестандартные схемы тросовой защиты и др. Основные положения, выносимые на защиту:
• Математическая модель электромагнитных волновых процессов в условиях ВУСГ с многослойной структурой для определения деформации волн атмосферных перенапряжений в коронирующей BJI.
• Методика и алгоритмы анализа электромагнитных волновых процессов для подстанций, имеющих протяженные заземлители.
• Результаты исследования характеристик заземлителей электроустановок в условиях ВУСГ.
• Способы повышения надежности грозозащиты СЭС НП в районах с ВУСГ с помощью ПОПН, нестандартных схем тросовой защиты и др.
Методы исследования, используемые в работе:
Методы математического анализа, теории вероятностей, физического и математического моделирования электромагнитных помех в схемах грозозащиты СЭС.
Актуальность работы: В настоящее время развитие нефтяной промышленности в районах Сибири и Крайнего Севера требует создания условий для надежного функционирования систем электроснабжения (СЭС) объектов добычи и транспортировки нефти. Для этого необходимо обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) электрооборудования СЭС при воздействии перенапряжений .
Основными характерными физическими особенностями районов Сибири и Крайнего Севера являются относительно высокий уровень интенсивности грозовой деятельности, экстремальные погодные условия и высокие удельные сопротивления грунтов (ВУСГ), имеющих многослойную структуру с вечной мерзлотой.
Особую значимость в этих условиях приобретает решение задач обеспечения надежности защиты от перенапряжений и ЭМС силовых и измерительных трансформаторов, коммутационных аппаратов, реакторов, компенсирующих устройств и электрических машин, устройств связи, автоматики, релейной защиты и систем заземления.
Эксплуатация электрооборудования СЭС в районах с ВУСГ способствует интенсивной выработке его технологических ресурсов. Об этом свидетельствует то, что эксплутационные затраты на ремонт и техническое обслуживание электрооборудования превышают установленные нормативы более чем на 15% и имеют устойчивую тенденцию к увеличению. Ограниченное финансирование ремонтов и технического обслуживания приводит к неизбежному интенсивному износу электрооборудования, что является дополнительным существенным фактором снижения надежности СЭС. Анализ показывает, что доля нарушений ЭМС из-за перенапряжений, которая определяется названной спецификой электромагнитных процессов, в общем потоке отказов электрооборудования СЭС в районах Сибири и Крайнего Севера превышает 30%, и статистика этих нарушений в районах с ВУСГ, по сравнению с Европейской частью России, имеет устойчивую тенденцию к увеличению.
Актуальность диссертационной работы определяется интенсивным развитием промышленного освоения северных районов России.
Рекомендации по содержанию работы:
Введение.
В. 1. Краткая характеристика диссертационной работы.
В.2. Основные положения построения сэс нп и их защиты от перенапряжений в районах с вусг
В.з. Анализ исследований надежности электроустановок нефтяной промышленности в районах с вусг.
Глава 1. Анализ распространения волн перенапряжений в линиях электропередачи внешнего электроснабжения нефтяной промышленности в районах с высоким удельным сопротивлением грунта.
1.1. Проблемы деформации волн перенапряжений на подходах линий электропередачи к подстанциям в условиях высоких сопротивлений грунтов
1.2. Математическое моделирование продольных токов смещения и поверхностного эффекта в многослойной земле и проводах линий электропередачи
1.3. Уточнённая математическая модель поверхностного эффекта в многослойной земле.
1.4. Методика анализа грозозащиты в л 110 кв.
1.5. Методика анализа грозозащиты подстанций.
1.6. Выводы по первой главе.
Глава 2. Исследования надежности грозозащиты
Подстанций в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов.
2.1. Математические модели анализа волновых процессов и исследования надежности грозозащиты подстанции.
2.2. Построение эквивалентных схем замещения подстанций.
2.3. Алгоритмы анализа перенапряжений в узловых точках подстанций.
2.3.1. Реализация метода эквивалентной волны при определении напряжений в узлах эквивалентной схемы замещения подстанции.
2.3.2. Алгоритм определения узловых напряжений при отсутствии в нем go элементов соединенных с землей.
2.3.3. Алгоритм определения напряжений в узле с емкостью по методу подкасательной.
2.3.4. Алгоритм определения напряжений на нелинейных ограничителях напряжения и вентильных разрядниках.
2.3.5. Алгоритм определения напряжений в узлах при последовательно включенных элементах.
2.3.6. Алгоритм для расчета напряжений в узлах при наличии последовательных элементов и взаимной связи между проводами всех линий, сходящихся в узлы.
2.4. Анализ надежности грозозащиты подстанции.
2.4.1. Показатели надежности грозозащиты и число лет безаварийной работы
2.4.2. Принципы и алгоритмы построения кривой и объема опасных волн.
2.4.3. Критериальная оценка грозоупорности подстанции.
2.5. Учет заземляющего контура при анализе оценки схем грозозащиты подстанций.
2.5. Выводы по второй главе.
Глава 3. Моделирование заземляющих устройств при анализе грозозащиты подстанций расположенных в условиях грунтов с высоким удельным
Сопротивлением.ю
3.1. Необходимость и принципы реализации протяженных заземлителей .
3.2. Конструкции и физические процессы в заземляющих устройствах подстанций в районах с высоким удельным сопротивлением грунта.
3.3. Исследование перенапряжений в схемах подстанции без учета и с учетом заземлителей в районах с высоким удельным сопротивлением грунта.
3.4. Оценка физических условий многолетнемерзлых многослойных грунтов.
3.5. Построение схем замещения протяженных заземлителей.
3.6. Анализ напряжений вдоль протяженных заземлителей.
3.7. Выводы по третьей главе.
Глава 4. Анализ грозозащиты подстанций в условиях грунтов с высоким удельным сопротивлением
4.1. Конструкции подстанций систем электроснабжения нефтяной промышленности и их особенности в грунтах с высоким удельным сопротивлением
4.2. Математическое моделирование волновых процессов в схемах грозозащиты подстанций с учетом заземляющих устройств.
4.2.1. Результаты расчетов волновых процессов схемах грозозащиты систем электроснабжения нефтяной промышленности.
4.3. Исследование волновых процессов в схемах грозозащиты подстанций с учетом влияния заземляющего устройства.
4.3.1. Особенности волновых процессов в схемах грозозащиты подстанции, с учетом заземляющих устройств.
4.3.2. Частотно-зависимые параметры заземлителя и их влияние в условиях высоких удельных сопротивлениях грунтов.
4.3.3. Скорость распространения волн в схемах грозозащиты и ее влияние на волновой процесс в условиях высоких удельных сопротивлений грунтов
4.3.4. Влияние длины шлейфа на волновые процессы в схеме грозозащиты подстанции.
4.3.5. Учет взаимного влияния между проводами на волновой процесс в схемах грозозащиты подстанции.
4.3.6. Влияние защитных аппаратов и мест их установки на надежность защиты подстанций в условиях высоких удельных сопротивлений грунтов.14 g
4.3.7. Исследования надежности грозозащиты типовых подстанций с учетом заземляющего устройства.
4.4. Анализ надежности грозозащиты подстанций с учетом заземляющего контура в районах с вусг.
4.5. Исследование погрешностей в расчете сопротивления простого заземляющего устройства.
4.6. Выводы по четвертой главе.
Глава 5. Нетрадиционные средства и мероприятия по защите электрооборудования сетей внешнего электроснабжения нефтяной промышленности в
Районах с высоким удельным сопротивлением грунта
5.1. Необходимость и основные положения нетрадиционной грозозащиты.
5. 2. Результаты исследования по нетрадиционной грозозащите вл с помощью опн.
5.3. Максимальные расстояния между опн на опорах в л.
5.4. Технико-экономическая оценка установки попн на линиях.
5.5. Выводы по пятой главе.
Расширенный список рекомендуемой литературы:
1. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. - СПб.: Изд-во ДЕАН, 2004.
2. Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений / Под ред. Н.Н. Тиходеева. СПб.: Изд-во ПЭ-ИПК Минтопэнерго РФ, 1999.
3. Техника высоких напряжений: Учеб. пособие / Под ред. Г.С. Кучинско-го. СПб.: Энергоатомиздат, СПбО, 2003.
4. Альбокринов B.C., Гольдштейн В.Г., Халилов Ф.Х. Перенапряжения и защита от них в электроустановках нефтяной промышленности. Самара: Изд-во СамГТУ, 1997.
5. Гольдштейн В.Г., Халилов Ф.Х., Бобров В.П. Перенапряжения и защита от них в электрических сетях 35-220 кВ. Самара: СамГТУ, 2001.
6. ГОСТ 13109-97. Международный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. "Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения". Минск, 1997.
7. ГОСТ Р 51317.4.5-99 (МЭК 61000-4-5-95) "Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии. Требования и методы испытаний". Взамен ГОСТ 30376-95/ГОСТ Р 50627-93.
8. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. РД 34.20-501-95. -М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. 15 издание, переработанное и дополненное, с изменениями, утверждёнными Минтопэнерго России 11.02.2000 и 17.02.2000.
9. Халилов Ф.Х., Гордиенко А.Н., Свергин А.А., Новоселов Ю.Б. Улучшение грозозащиты В Л 110 кВ с помощью подвесных ограничителей перенапряжений // Энергетика Тюменского региона. 2005. - № 4.
10. Дьяков А.Ф., Максимов Б.К., Борисов Р.К. и др. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике./ Под ред. А.Ф. Дьякова.-М.: Энергоатомиздат, 2003.- 768 е., ил.
11. И. Крыжановский В.В., Новикова А.Н. Область рационального использования подвесных ОПН (ОПНЛ) для повышения грозозащиты В Л 110 и 220 кВ // Научные аспекты и актуальные проблемы разработки, производства, испытаний и применения ОПН. СПб., 2001.
12. Кадомская К.П., Рейхард А.А. Повышение надежности эксплуатации изоляции воздушных линий при установке ОПН на опорах. СПб., 2001.
13. Гайворонский А.С., Клепиков А.В. Разрядники подвесного исполнения с внешним искровым промежутком для защиты изоляции ВЛ от грозовых перенапряжений (опыт разработки и применения). СПб., 2001.
14. Костенко М.В., Богатенков И.М., Михайлов Ю.А., Халилов Ф.Х. Грозозащита подстанций и электрических машин высокого напряжения. Серия "Электрические станции и сети" (Итоги науки и техники). ВИНИТИ. М.,1987, 13.- 112 с.
15. Костенко М.В., Богатенков И.М., Михайлов Ю.А., Халилов Ф.Х. Грозозащита линий высокого напряжения переменного тока // Итоги науки и техники. Изд-во ВИНИТИ. Сер. Электрические станции и сети. 1984. Т. 12.
16. Костенко М.В., Богатенков И.М., Михайлов Ю.А., Халилов Ф.Х. Заземления в сетях высокого напряжения и средства защиты от перенапряжений. Л., ЛПИ, 1983. - 72 с.
17. Гольдштейн В.Г., Покровский А.В., Халилов Ф.Х. Результаты сопоставления экспериментальных и расчетных грозовых перенапряжений на подстанциях 110 кВ.//Изв. АН СССР, Энергетика и транспорт, 1977, №3.
18. Александров Г.Н. Ограничение перенапряжений в электрических сетях : Учеб. пособие. СПб.: Изд-во Центра подготовки кадров РАО «ЕЭС России» / СЗФ АО «ГВЦ энергетики», 2003.
19. Алиев Ф.Г., Багаутдинов Г.А., Халилов Ф.Х. Защита электроустановок горных предприятий от грозовых и внутренних перенапряжений. Свердловск: Изд-во Свердлов, горн, ин-та, 1991.
20. Бобров В.П., Гольдштейн В.Г., Халилов Ф.Х. Перенапряжения и защита от них в электрических сетях 110-750 кВ. Москва: Энергоатомиздат, 2005.
21. Атакишиев Т.А., Бабаев Р.В., Барьюдин А.А. и др. / Под ред. Т.А. Ата-кишиева Электроэнергетика нефтяных и газовых промыслов. — М.: Недра, 1988
22. Иманов Г.М., Пухальский А.А., Халилов Ф.Х., Таджибаев А.И. Защита электрических сетей предприятий нефти и газа от перенапряжений. -СПб.: Изд-во. Петербург, энергет. ин-та повышения квалификации Минтопэнерго России, 1999.
23. Меньшов Б.Г., Суд И.И. Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности. М.: Недра, 1984.
24. Новоселов Ю.Б., Росляков В.П., Шпилевой В.А. Электрификация нефтяной и газовой промышленности Западной Сибири. М.: Недра, 1980.
25. Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений / Под ред. Ф.Х. Халилова, Г.А. Евдокунина, А.И. Таджибаева. СПб. : Изд-во Петербург, энергет. ин-та повышения квалификации Минтопэнерго РФ, 1997.
26. Гиндулин Ф.Х., Гольдштейн В.Г., Дульзон А.А., Халилов Ф.Х. Перенапряжения в сетях 6-35 кВ. М.: Энергоатомиздат, 1986.
27. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. -М.: Энергоатомиздат, 2001.
28. Carson J.R. Wave propagation in overhead wires with ground return, BSTJ, vol. 5, №4,1926.
29. Костенко M.B., Перельман Л.С. К расчёту волновых процессов в многопроводных линиях//Известия АН СССР. Сер. Энергетика и транспорт. 1963. №6.
30. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы сумм, интегралов, сумм, рядов ипроизведений. -М.: ГИФМЛ, 1962.
31. Танаев А.К., Гольдштейн В.Г., Сайдова Н.В. Уточненное определение интегральных выражений, учитывающих влияние многослойной земли. Вестник СамГТУ. Серия "Физико-математические науки". Выпуск 19. Самара, с. 129-133,2003.
32. Танаев А.К., Гольдштейн В.Г., Калабин А.Г., Кузнецов Ю.С. Проблемы электромагнитной совместимости на подстанциях, имеющих сложные за-землители. Сб. трудов Всероссийской науч.-техн. конф. Часть 1. ТГУ. Тольятти, с. 123-127,2004.
33. Танаев А.К., Гольдштейн В.Г., Сливкин В.Г. Расчет сложного заземлителя с учётом многослойной электрической структуры земли. Вестник СамГТУ. Серия "Технические науки". Выпуск 32. -Самара, с. 144-153, 2005.
34. Танаев А.К., Сливкин В.Г. Определение погрешности в расчете сопротивления простого заземляющего устройства. Вестник СамГТУ. Серия "Технические науки". Выпуск 37. -Самара, с. 202-206,2005.
35. Танаев А.К. Техническая оценка электромагнитной совместимости заземляющего устройства ОРУ-220/110 кВ п/ст «Левобережная» ОАО «Са-мараэнерго». Сб. докл. II— Всероссийской конф. по заземляющим устройствам. Новосибирск, с. 112-116. 22-25.03 2005 г.
36. Wedepohl L.M., Wasley R.G. Wave propagation in multiconductor lines. Calculation of series impedance for multilayer earth. Proc. IEE, vol. 113, №4, 1966.
37. Wise W.H. Propagation of high frequency currents. Proc. IRE, vol.22, 1934.
38. Половой И.Ф., Михайлов Ю.А., Халилов Ф.Х. Внутренние перенапряжения на изоляции высокого и сверхвысокого напряжения. Л.: Энерго-атомиздат; ЛО, 1989.
39. Долгинов А.И. и др. Расчет переходных процессов в электрических системах на ЭЦВМ. М.: Госэнергоиздат, 1986.
40. Потужный А.К., Фертик СМ. Затухание волн высокого напряжения в 110 кВ линии электропередачи. Электричество, 1946, №6, с.52-58.
41. Потужный А.К., Фертик С.М. Затухание волн высокого напряжения в 35 кВ линии. Электричество, 1938, М, с. 29-38.
42. Костенко М.В., Ефимов Б.В., Зархи И.М., Гумерова Н.И. Анализ надежности грозозащиты подстанций. Л.: Наука, 1981. -126 с.
43. Жаков Е.М. Исследование волновых процессов на подстанциях с помощью синхрографа. Электричество, 1969, №6, с.41-46.
44. Созинов А.В., Халилов Ф.Х. Анализатор переходных процессов в протяженных цепях. Информ. листок ЛенЦНТИ, №1115-79.
45. Ефимов Б.В., Зархи И.М., Зотов S.B., Невретдинов Ю.М., Покровский А.В., Халилов Ф.Х. Исследование эффективности противовесов в грозозащите подстанций при высоком удельном сопротивлении грунта. Электрические станции, 1980, №4, с.54-57.
46. Костенко М.В., Перельман Л.С, Шкарин Ю.П. Волновые процессы и электрические помехи в многопроводных линиях высокого напряжения. -М.: Энергия, 1973. 272 с.
47. Зоммерфельд А.Электродинамика. -М.: ИИЛ, 1968.
48. Сливкин В.Г. Электромагнитная совместимость электрооборудования ин-формационных технологий при воздействии импульсных электромагнитных помех: Автореф. канд. техн. наук. Самара, 2004. - 22 с.
49. Якобе А.И., Ослон А.Б., Станкеева И.Н. Метод расчета сложных заземлителей в многослойной земле. // Электричество. 1981. № 5. С. 27 33.
50. Бургсдорф В.В., Якобе А.И. Заземляющие устройства электроустановок. -М.: Энергоатомиздат, 1987. 400 с.
1.7.2 Диагностика средств защиты от перенапряжений электроэнергетических объектов приборами инфракрасной техники
Цель работы:
Определение простых и эффективных методов диагностики состояния средств защиты от перенапряжений и получение закономерностей, характеризующих электрофизические процессы в данном оборудовании с помощью математических методов.
В работе требуется решить следующие задачи:
• Провести анализ общих проблем тепловизионной диагностики электрооборудования.
• Выполнить анализ электрических и конструктивных характеристик средств защиты от перенапряжений для формирования общих подходов к вопросам их диагностики.
• Выполнить расчеты, позволяющие получить функциональные закономерности, характеризующие процессы в ВР (ОПН), на основе анализа статистических данных тепловизионного контроля средств защиты от перенапряжений.
Методы исследования, используемые в работе:
Методы математической статистики, методы математического и физического моделирования, численные методы расчета систем нелинейных уравнений, адаптированные к использованию ЭВМ.
Актуальность работы:
Надежность работы электроэнергетической системы, зависит от работоспособности средств защиты от перенапряжений (вентильных разрядников (ВР) и нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН)). Данные аппараты выполняют важную функцию, защищая от грозовых и коммутационных перенапряжений остальное оборудование распредустройств. Отказ в работе средств защиты от перенапряжений ведет к материальным потерям несоизмеримо большими чем стоимость самого защитного аппарата, так как при этом повреждается защищаемое им оборудование и что более важно нарушается электроснабжение потребителей.
В настоящее время возрастает вероятность аварийных повреждений в виду того, что большинство вентильных разрядников установлено в сетях более 25 лет тому назад, поэтому эти аппараты исчерпали свой ресурс по защитным свойствам. В то же время, качество предлагаемых отечественных ограничителей перенапряжения оставляет желать лучшего, а высококачественные ограничители зарубежных производителей имеют сравнительно высокую стоимость. Все это является сдерживающими факторами при замене вентильных разрядников на нелинейные ограничители перенапряжений. В последнее время, наблюдается тенденция к переходу от традиционных методов контроля и диагностики оборудования к методам неразрушающего контроля, когда оборудование в процессе обследований не подвергается экстремальным воздействиям, контролируется преимущественно под рабочим напряжением, т.е. без вывода оборудования из работы. Это позволяет сократить время простоя оборудования и потери связанные с его отключением, а так же повышает достоверность контроля, так как оборудование, в ходе диагностики, находится под воздействием всех эксплуатационных факторов.
Перечисленные причины определяют проблему качественной оценки состояния средств защиты от перенапряжений, а появление современных приборов инфракрасной техники (тепловизоров), позволяющих дистанционно, с высокой точностью определять температуру элементов электрооборудования, открывает новые возможности для диагностики этих аппаратов. Однако, в силу целого ряда причин, многие проблемы методического обеспечения тепловизионного контроля силового электрооборудования все еще не решены.
Рекомендации по содержанию работы:
Введение.
В1. Общие принципы теории излучения и распространения теплового излучения.
В2. Проблемы современной тепловой диагностики электрооборудования.
В2.1. Проблемы нормирования тепловых характеристик для различного вида электрооборудования.
В2.1.1. Оборудование с неопределенными тепловыми характеристикам.
В2.1.2. Оборудование с тепловыми характеристиками обобщающего интегрального) характера.
В2.1.3. Закрытые контактные соединения.
В2.1.4. Открытые контактные соединения.
В2.1.5. Методы решения проблем нормирования тепловых характеристик.
В2.2. Проблемы, связанные с режимами работы электрооборудования на момент контроля.
В2.3. Проблемы, связанные с точностью измерения температуры элементов оборудования.
В2.4. Проблемы интерпретации результата контроля для эксплуатационного персонала.
|
